最新机械基础教案(劳动版)——第十八讲直齿圆柱齿轮传动设计

第十八讲

学时： 2 学时

课题： 5.5.4 直齿圆柱齿轮传动设计目的任务：掌握渐开线直齿圆柱齿轮传动的强度计算方法重点:渐开线直齿圆柱齿轮传动的强度计算方法难点：齿面接触疲劳强度公式

教学方法：多媒体

5.5.4 直齿圆柱齿轮传动设计

1．轮齿受力分析和计算载荷

1）受力分析

图示一直齿圆柱齿轮在节点P 处的受力情况。

不考虑摩擦力，作用在齿面上的法向力Fn 可分解为圆周力Ft 和径向力Fr。

直齿圆柱齿轮传动受力分析

2) 轮齿的计算载荷

Fnc=KFn K 为载荷系数，参考表选取。

2．齿面接触疲劳强度计算

齿面点蚀主要于齿面的接触应力的大小有关。

为防止齿面点蚀，应保证齿面的最大接触应力σH不大于齿轮材料的许用接触应力[ σH。]

动画演示)

u——传动比，u=z2/z1>1 ；

T1——小齿轮所传递的转矩(N.mm) ；

K ——载荷系数，见表；

b——齿宽(mm) ；

a——中心距(mm) ；

ψ b ——齿宽系数；

[ σH] ——齿轮材料许用接触应力(MPa) ，见表。

应用公式时还应注意下列数据的确定：

1. 传动比i

式中：σH——齿面最大接触应力(MPa) ；

u<8 时可采用一级齿轮传动。若总传动比u 为8--40，可分为二级传动；若总传动比u 大于40，可分为三级或三级以上传动。

2. 齿宽b

为了安装方便，保证轮齿全齿宽啮合，一般小齿轮齿宽b1应比大齿轮齿宽b2 大（5--10）mm 。可以认为公式里的齿宽为b2。

3. 齿宽系数ψb

一般闭式齿轮传动，ψb=0.2--1.4

4. 许用应力[ σ H]

一对齿轮啮合时，两齿轮轮齿间的接触应力相等，但许用接触应力一般是不相等的，故应用[ σH1和] [ σH2中] 较小者代入公式计算。

3.齿根弯曲疲劳强度计算

齿根弯曲疲劳强度计算是为了防止齿根出现疲劳折断。

因此，应保证齿根最大弯曲应力σF不大于齿轮材料的许用弯曲应力[ σF。]（动画演示）

4．设计步骤和参数选择

设计时已知：齿轮传动的功率、转速、传动比、工作机和原动机的特性；外形尺寸和中心距等特殊限制；寿命、可靠性等。

设计内容：确定齿轮传动的主要参数、几何尺寸、结构和精度等，并绘制齿轮工作图。

设计步骤如下：

1）确定齿轮的材料和热处理方法确定出大小齿轮的硬度值和许用应力。

2）按疲劳强度条件确定基本参数

根据齿轮传动设计准则，选择公式（5-11）或公式（5-14 ）计算基本参数d1 或m。

3）确定齿数

确定小齿轮齿数时，首先应满足z1≥17，一般取z1=20～40。转速较高时，取其中较大的值。

按公式z2=iz1 计算出z2，并圆整为整数。

4) 模数

在满足弯曲强度的条件下取较小的模数。

5) 齿宽系数

一般取d= 0.2～0.4。为了安装方便，一般小齿轮齿宽b1比大齿轮齿宽b2 宽(5～10)mm。

6) 据设计准则校核齿面接触疲劳强度或齿根弯曲疲劳强度

7) 计算齿轮的几何尺寸

8) 确定齿轮的结构尺寸

9) 确定齿轮精度并绘制齿轮工作图

5．结构设计

齿轮结构设计是合理选择齿轮的结构型式，确定齿轮的轮毂、轮辐、轮缘等各部分的尺寸及绘制齿轮的零件工作图。

1)齿轮轴

2)实体式齿轮

当齿轮的齿顶圆直径da≤200mm时，可采用实体式结构。这种结构型式的齿轮常用锻钢制造。

实体式齿轮

3) 腹板式齿轮

当齿轮的齿顶圆直径da=200 —500mm 时，可采用腹板式结构。这种结构的齿轮多用锻钢制造。

腹板式齿轮

4）轮辐式齿轮

当齿轮的齿顶圆直径da>500mm 时，可采用轮辐式结构。这种结构的齿轮常用铸钢或铸铁制造。

6．齿轮传动的润滑

润滑对于齿轮传动十分重要。润滑不仅可以减小摩擦、减轻磨损，还可以起到冷却、防锈、降低噪声、改善齿轮的工作状况、延缓齿轮失效、延长齿轮的使用寿命等作用。

润滑方式:

闭式齿轮传动的润滑方式有浸油润滑和喷油润滑两种，一般根据齿轮的圆周速度确定采用哪一种方式。